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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur verzögerungsfreien
Übertragung elektrischer Signale nach dem Impulsmodulationsverfahren zwischen verschiedenen,
zur Vermeidung von Störeinflüssen von einander galvanisch getrennten, vorzugsweise
aus Halbleiterbauelementen aufgebauten Steuerkreisen mit einem für mehrere dieser
Schaltungsanordnungen gemeinsamen Impulsgeber.
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Bei der Übertragung elektrischer Signale muß in vielen Fällen damit
gerechnet werden, daß auf den Übertragungsleitungen Störeinflüsse auftreten, welche
die die Signale sendenden bzw. empfangenden Halbleiterbauelemente zerstören können.
Zu den Störeinflüssen sind in der Hauptsache alle induktiven Beeinflussungen und
Erdschlüsse zu rechnen, die auf die Übertragungsleitung wirksam werden können. Zum
Schutz gegen derartige Störeinflüsse ist es bekannt, sogenannte Tiefpässe einzusetzen.
Derartig geschützte Übertragungsleitungen arbeiten praktisch verzögerungslos. Sie
haben jedoch den großen Nachteil, daß sie die Halbleiterbauelemente nur vor einem
Teil der Störeinflüsse schützen.
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Ein vollkommener Schutz wird durch galvanische Trennung der Halbleiterbauelemente
von den die Störungen bringenden Übertragungsleitungen erzielt. Bei dieser Methode
wird an der Sendestelle ein AusgangssignaPUmsetzrelais gesetzt und an der Empfangsstelle
ein Eingangssignal-Umsetzrelais. Die Spule des Ausgangssignal-Umsetzrelais wird
von den zu sendenden Binärsignalen gespeist, während die Kontakte des Eingangssignal-Umsetzrelais
die empfängerseitigen Halbleiterbauelemente steuern. .Auf- der gefährdeten -Üuertragungsleitung
kann mit einer frei wählbaren Spannung gearbeitet werden.. Dieses bewährte Verfahren
arbeitet jedoch verhältnismäßig langsam, da sich die Schaltzeiten der beiden in
Reihe liegenden Relais addieren.
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In verschiedenen Fällen, beispielsweise bei der Erfüllung von Netzschutzaufgaben,
sind die erwähnten Schaltzeiten von großem Nachteil, wenn z. B. bei Mitnahmeschaltungen
der mitzunehmende Schalter möglichst schnell ansprechen soll.
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In anderen Anwendungsfällen sind die mechanischen Kontakte unerwünscht,
weil sie einer gewissen Wartung unterliegen, erschütterungsempfindlich sind oder
in einer chemisch aggressiven Atmosphäre arbeiten müssen.
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Es ist bereits eine Einrichtung zum Übertragen von elektrischen Impulsen
mittels Trägerfrequenz bekannt, bei der die Trägerfrequenz von logischen Elementen
selbst erzeugt wird. Ferner ist ein fehlergeschütztes Und-Element mit mindestens
einem aktiven Schaltelement bekannt, bei dem aus einem Eingangssignal die Versorgungsspannung
für das aktive Schaltelement gewonnen wird und die verbleibenden Eingangssignale
über die Steuerelektrode auf das Schaltelement einwirken. Schließlich ist noch eine
Schaltung mit einem Übertrager zum Übertragen von elektrischen Impulsen bekannt,
bei der ein Ruheoszillatorkreis mit einer Ausgangsbelastung, die aus t einem Transformator
besteht, der eine auf die Frequenz des Ruheoszillators abgestimmte Primärwicklung
aufweist, eine Betriebspotentialquelle zum Erregen des Oszillatorkreises, eine Sperre,
die zwischen die genannte Potentialquelle und den genarm- t ten Ruheoszillatorkreis
geschaltet ist, und eine Anschlußklemme, über die die genannten Impulse zur Sperre
geleitet werden und diese für die Dauer eines jeden der genannten Impulse öffnen,
,wobei der genannte kuheoszifatorkreis erregt wird und für die Dauer der genannten
Impule schwingt, vorgesehen sind.
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Der nachstehend beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Übertragungseinrichtung aufzubauen, die die Vorteile der galvanischen Trennung
beibehält, jedoch ohne mechanisch bewegte Teile aufgebaut ist und nahezu verzögerungslos
arbeitet.
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Erfindungsgemäß wird das Steuersignal in dem aussendenden Steuerkreis
in einem Und-Glied mit einem von dem Impulsgeber kommenden Impulssignal verbunden
und über einen nachgeschalteten Trenntransformator auf eine Übertragungsleitung
übertragen und in den empfangenden Steuerkreis über einen weiteren Trenntransformator
mit nachgeschaltetem Gleichrichter eingegeben.
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Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das Steuersignal
in dem aussendenden Steuerkreis in einem Und-Glied mit einem von dem Impulsgeber
kommenden Impulssignal verbunden und über einen Magnetverstärker mit einer Schirmwicklung
auf eine Übertragungsleitung übertragen und in den empfangenden Steuerkreis über
einen Trenntransformator mit nachgeschaltetem Gleichrichter eingegeben.
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Nach der Erfindung wird also das zu übertragende Signal mit einem
Impulssignal beispielsweise derartig verknüpft, daß eineRechtecksignalspannung entsteht,
die von einem Transformator übertragen werden kann. Auf der Empfangsseite eines
zweiten Steuerkreises wird diese Spannung wiederum einem Transformator zugeführt
und anschließend gleichgerichtet, so daß das ursprüngliche Signal wieder zur Verfügung
steht.
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Wird nun nach einem weiteren Merkmal zwischen dem mit einer Schirmwicklung
zur Erfüllung seiner Trennerfunktion versehenen Transformator und der Übertragungsleitung
auf der Sendeseite ein Magnetverstärker eingebaut, so kann das zu übertragende Signal
auf ein höheres Leistungsniveau angehoben werden, und auf diese Weise kann das gleiche
Signal an mehrere Steuerungen gleichzeitig abgegeben werden. Eine weitere Vereinfachung
der erfindungsgemäßen Übertragungsanordnung kann. dadurch vorgenommen werden, daß
die Trennerfunktion des Transformators von dem Magnetverstärker mit übernommen wird,
und zwar auf der Sendeseite, indem der Steuereingang des Magnetverstärkers mit einer
Schirmwicklung versehen wird. Damit kann der Trenntransformator auf der Sendeseite
entfallen.
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An Hand einer Zeichnung wird der Erfindungsgedanke näher erläutert.
Die F i g.1 bis 3 enthalten hierzu Ausführungsbeispiele.
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In F i g. 1 ist eine elektronische Steuerung mit Halbleiterbauelementen
schematisch angedeutet und mit 1 bezeichnet, von der aus ein elektronisches Signal
zu einer elektronischen Steuerung 3 übertragen werden soll.
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Die das zu übertragende Signal liefernde Leitung 11 endet an einem
Und-Glied 12. An den zweiten Eingang dieses Und-Gliedes ist die von einem nicht
dargestellten Impulsgeber herkommende Leitung 13 angeschlossen. Solange die Signalleitung
11 ein 0-Signal führt, liegt auch ein 0-Signal am Ausgang 14 an, der mit einem Ende
der Wicklung 15 des Trenntransformators 16 verbunden ist. Das andere Ende dieser
Wicklung ist mit M, dem Bezugspotential,
verbunden. Bei nicht durchgeschaltetem
Und-Glied 12 liegt also die Wicklung 15 beiderseitig an 0-Signal.
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Erscheint auf der Signalleitung 11 ein Dauer-L-Signal, dann schaltet
das Und-Glied 12 im Takt der auf der Leitung 13 anstehenden Impulse, beispielsweise
mit Rechteckform, durch. Die Wicklung 15 liegt nun an einem zerhackten Gleichstrom,
der auf die Wicklung 17 transformiert wird. An diese Wicklung ist die übertragungsleitung
10 zur Einrichtung 2 angeschlossen. Die Rückleitung kann entweder über Erde oder
über die gestrichelt eingezeichnete Leitung 18 erfolgen.
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Um das übertreten von Induktionen von der Leitung 10 auf die
Leitung 14 und damit in die Elektronik der Steuerung 1 zu verhindern,
ist der Transformator 16 mit einer Schirmwicklung 19 versehen, die zwischen den
Wicklungen 15 und 17 angeordnet und mit dem M-Potential der Steuerung 1 verbunden
ist.
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In der Steuerung 2 endet die Leitung 10 an der Wicklung 21 des Trenntransformators
22. An die Sekundärwicklung 23 ist ein Gleichrichter 24 angeschlossen, in dem das
mit der Frequenz der Impulsleitung 13 übertragene Signal gleichgerichtet und geglättet
wird.
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Danach wird auf der Leitung 25 ein dem Signal auf der Leitung 11 entsprechendes
L-Signal in die Steuerung 2 weitergegeben. Der zweite Ausgang des Gleichrichters
24 wird mit dem M-Potential der Steuerung 2 verbunden. An dieses M-Potential wird
auch die Schirmwicklung 26 des Transformators 22 angeschlossen, so daß auch in die
Elektronik der Steuerung 2 keine Störeinflüsse gelangen können.
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Bei dieser Art der Signalübertragung können mehrere verschiedene Steuerungen
zusammenarbeiten, ohne daß die Impulsfrequenzen der einzelnen Steuerungen aufeinander
abgestimmt, d. h. synchronisiert werden.
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Da in den übertragungswegen keine mechanisch bewegten Teile vorhanden
sind und die Trenntransformatoren praktisch verzögerungslos arbeiten, wird nach
der Erfindung das Ziel erreicht, daß die miteinander verbundenen elektronischen
Steuerungen galvanisch von den Übertragungsleitungen getrennt sind, die übertragung
der Signale jedoch praktisch verzögerungslos erfolgt.
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Die Steuerleistung der Halbleiterverknüpfungselemente ist im allgemeinen
sehr gering. Dadurch wird die Länge der übertragungsleitung 10 stark beschränkt.
Aus diesem Grund ist es in vielen Fällen zweckmäßig, in die Leitung 14 einen elektronischen
Verstärker einzubauen, so daß für die übertragungseinrichtungen eine höhere Leistung
zur Verfügung steht.
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Auch die Verstärkerleistung kann in bestimmten Fällen nicht ausreichen,
bzw. der Aufwand für den elektronischen Verstärker kann unwirtschaftlich groß werden.
Dies ist besonders dann der Fall, wenn ein Signal an mehrere verschiedene Steuerungen
abgegeben werden soll. In diesen Fällen wird in Weiterführung des Erfindungsgedankens
die Schaltung nach F i g. 2 angewendet, die aus der F i g. 1 abgeleitet ist. Soweit
die gleichen Bezeichnungen wie in F i g.1 benutzt werden, handelt es sich um die
gleichen Teile.
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Im Gegensatz zur F i g. 1 sind die Ausgänge 171, 172 der Wicklung
17 des Trenntransformators 16
nicht direkt mit der übertragungsleitung
10, sondern mit den Steuereingängen eines Magnetverstärkers 100 verbunden. Erst
an die Ausgänge dieses Magnetverstärkers ist die übertragungsleitung 10 angeschlossen.
Die Einrichtungen in der Steuerung 2 entsprechen genau denen der F i g. 1 und sind
daher nicht näher dargestellt.
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Der Vorteil des Magnetverstärkers gegenüber dem elektronischen Verstärker
liegt in seiner größeren Wirtschaftlichkeit und in seiner größeren Robustheit. Außerdem
stellt er nur sehr geringe Anforderungen an die Hilfsstromversorgung.
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Da im Magnetverstärker auch eine galvanische Trennung erfolgt, kann
durch Hinzufügen einer Schirmwicklung die Funktion des Magnetverstärkers mit der
des Trenntransformators verbunden werden. Diese Verbindung führt dann zu einer Anordnung
nach F i g. 3, in der die Leitung 14 direkt an den Steuereingang des Magnetverstärkers
mit Trenntransformatoreigenschaften 116 angeschlossen ist. Der übrige Aufbau entspricht
dem der F i g. 1 und 2.